Green transition calls for collaboration in district heating sector
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2023-09-15
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2023
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
57 + app. 87
Series
Aalto University publication series DOCTORAL THESES, 129/2023
Abstract
By 2030, roughly 60% of the global population is expected to live in cities. Globally, cities consume ~75% of energy and contribute a similar share of emissions. Buildings and construction were responsible for 37% of energy-related emissions in 2020. As urbanisation has progressed, the Western world has developed a reliance on fossil fuels and international supply chains, which has gone hand in hand with a reliance on large, centralised energy systems such as combined heat and power plants, electricity, district heat and gas networks. Traditionally, district heat networks have increased system flexibility and security of the heat supply. However, the international supply chains of centralised systems have recently proven to be susceptible to shocks and are difficult to pivot quickly into using renewable fuels and at reasonable costs. Decentralised building-specific systems, such as ground source heat pumps and demand side management, have been developed to decrease energy costs and emissions for real estate owners. These investments are often profitable for real estate owners. This thesis investigates the impact of these energy investments for real estate owners and district heat companies and how they could be directed more efficiently, taking into consideration the system impact. Centralised seasonal heat storage was also studied. The results show that ground source heat pumps are often profitable for real estate owners with returns exceeding the yield of the real estate investment. Heat pump investments with excess heat production should be targeted to areas of large heat losses in the district heat network for a beneficial impact on the system. Demand side management was also found to decrease heating costs, and centralised seasonal heat storage was found to effectively decrease system emissions. Collaborative thinking is missing from the energy sector, in which district heat companies and real estate owners consider each other equal partners in energy investments. Increasing collaboration between the parties requires a change in mindsets. District heat companies must revamp their business models from one-size-fits-all to a more individualistic approach in which the location and energy use of the customer are considered when offering services and developing pricing models. This change must begin with the district heat company since real estate owners have other options for energy partners and because increased system costs caused by leaving customers decrease competitiveness.Vuoteen 2030 mennessä noin 60% maailman väestöstä asuu kaupungeissa. Maailmanlaajuisesti kaupungit kuluttavat noin 75% energiasta ja aiheuttavat samansuuruisen osuuden päästöistä. Vuonna 2020 rakennukset ja rakentaminen aiheuttivat 37% energiaan liittyvistä päästöistä. Kaupungistumisen edetessä länsimaat ovat kehittäneet riippuvuuden keskitettyihin energiajärjestelmiin, kuten sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksiin sekä sähkö-, kaukolämpö- ja kaasuverkkoihin. Usein nämä keskitetyt järjestelmät nojaavat fossiilisiin polttoaineisiin ja kansainvälisiin toimitusketjuihin. Kaukolämpöverkot ovat perinteisesti lisänneet järjestelmän joustavuutta ja lämmön toimitusvarmuutta. Keskitettyjen järjestelmien kansainväliset toimitusketjut ovat kuitenkin viime aikoina osoittautuneet herkiksi iskuille ja niitä on vaikea muuttaa nopeasti käyttämään uusiutuvia polttoaineita kohtuullisin kustannuksin. Hajautettuja rakennuskohtaisia järjestelmiä, kuten maalämpöpumppuja ja kysyntäjoustoa, on kehitetty alentamaan kiinteistönomistajien energiakustannuksia ja päästöjä. Nämä sijoitukset ovat usein kannattavia kiinteistönomistajille. Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan näiden energiainvestointien vaikutuksia kiinteistönomistajille ja kaukolämpöyhtiöille, sekä miten niitä voitaisiin kohdistaa tehokkaammin ottaen huomioon järjestelmävaikutukset. Myös keskitettyä lämmön kausivarastoa tutkittiin. Tulokset osoittavat, että maalämpöpumput ovat usein kannattavia kiinteistönomistajille ja sijoituksen tuotto ylittää kiinteistön tuottovaatimuksen. Lämpöpumppujärjestelmät, jotka voivat tuottaa ylimääräistä energiaa, tulisi sijoittaa kaukolämpöverkossa suurten lämpöhäviöiden alueille, jolloin niillä on verkkoa tasapainottava vaikutus. Myös kysyntäjouston todettiin alentavan lämmityskustannuksia ja keskitetyn lämmön kausivaraston todettiin vähentävän tehokkaasti järjestelmän päästöjä. Energiasektorilta puuttuu yhteistyöajattelu, jossa kaukolämpöyhtiöt ja kiinteistönomistajat pitävät toisiaan tasavertaisina kumppaneina energiainvestoinneissa. Osapuolten välisen yhteistyön lisääminen vaatii ajattelutavan muutosta. Kaukolämpöyhtiöiden on uudistettava toimintamallejaan yksilöllisempään lähestymistapaan, jossa asiakkaan sijainti ja energiankäyttö huomioidaan palveluita tarjottaessa ja hinnoittelumalleja kehitettäessä. Tämän muutoksen on lähdettävä kaukolämpöyhtiöstä, koska kiinteistönomistajilla on muita vaihtoehtoja energiakumppaneille ja koska asiakkaiden menettämisen aiheuttamat kohonneet järjestelmäkustannukset heikentävät kilpailukykyä.Description
Supervising professor
Junnila, Seppo, Prof., Aalto University, Department of Built Environment, FinlandThesis advisor
Vimpari, Jussi, Dr., Aalto University, Department of Built Environment, FinlandKontu, Kaisa, Dr., Häme University of Applied Sciences, Finland
Keywords
district heating, energy transition, real estate, heat pumps, demand side management, heat storage, business collaboration, kaukolämpö, energiamurros, kiinteistöliiketoiminta, lämpöpumput, kysyntäjousto, lämpövarasto, yritysyhteistyö
Other note
Parts
-
[Publication 1]: Kontu, Kaisa; Vimpari, Jussi; Penttinen, Petri; Junnila, Seppo. 2020. Individual ground source heat pumps: Can district heating compete with real estate owners’ return expectations?, Sustainable Cities and Society 53 (2020), 101982. JUFO 1, Impact Factor 11.7.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202001021320DOI: 10.1016/j.scs.2019.101982 View at publisher
-
[Publication 2]: Kontu, Kaisa; Vimpari, Jussi; Penttinen, Petri; Junnila, Seppo. 2018. City scale demand side management in three different-sized district heating systems, Energies 11 (2018), 3370. JUFO 1, Impact Factor 3.2.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201901301459DOI: 10.3390/en11123370 View at publisher
-
[Publication 3]: Kontu, Kaisa; Penttinen, Petri; Vimpari, Jussi; Junnila, Seppo. 2019. From partial optimization to overall system management – Real-life smart heat load control in district heating systems, Energy & Buildings 204 (2019). JUFO 3, Impact Factor 6.7.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201910045579DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.109481 View at publisher
-
[Publication 4]: Penttinen, Petri; Vimpari, Jussi; Kontu, Kaisa; Junnila, Seppo. 2021. How to Promote Local District Heat Production Through Real Estate Investments, Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems 9, br. 2 (2021): 1-20. JUFO 1, Impact Factor 2.1.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202106027143DOI: 10.13044/j.sdewes.d8.0343 View at publisher
-
[Publication 5]: Penttinen, Petri; Vimpari, Jussi; Junnila, Seppo. 2021. Optimal seasonal heat storage in a district heating system with waste incineration, Energies 14, no. 12: 3522. JUFO 1, Impact Factor 3.2.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202107017870DOI: 10.3390/en14123522 View at publisher
